1. 绪论
   1. 课题研究背景及意义

在自然界中有着许多值得人类学习和研究的现象，人们研究这种现象并对其加以改进后应用于生产生活中，便称为仿生学。自然界有许多动植物的外表具有自清洁的功能，例如出淤泥而不染的荷叶表面、水黾的腿部结构、蝴蝶的翅膀以及鸟类的羽毛等。这些植物组织或动物器官在宏观上均表现出水的极难浸润与挂壁，其原因是这些组织或器官具有超疏水性的表面结构，因此被称为超疏水材料^[1]。各行各业的专家及科研工作者都开始投入到这方面的研究中，以期将仿生学思路用以改变生活。润湿性是固体表面的重要特征之一,主要由表面的化学组成和微观结构来决定。超疏水表面的特性是表面润湿性研究的主要内容,自从Wenzel和Cassie发表了一系列关于表面润湿性的文章以来,大量理论和实验研究成果被不断报道,人们对润湿性可控表面的研究取得了重大进展。由于超疏水表面在材料的化学组成和微观结构(致密、多孔、微纳米结构)方面的差异,使得水介质在其表面呈现出不同的润湿、吸附、滑动及滚动行为^[2]。超疏水材料由于其优异的超拒水性能,在国防、工农业生产和日常生活中有着广泛的应用前景。例如超疏水技术用在室外天线上,可防止积雪从而保证通信质量；用在船、潜艇的外壳上,不但能减少水的阻力,提高航行速度,还能达到防污、防腐的功效；用在石油输送管道内壁、微量注射器针尖上能防止粘附、堵塞,减少损耗；用在纺织品、皮革上,还能制成防水、防污的服装、皮鞋。正是由于有如此的需求,超疏水材料的应用研究才越来越受关注^[3]。纳米纤维素由于其纳米结构的特点，是一种制备超疏水材料较为理想的原料。充分利用纳米纤维素的纳米尺寸结构，结合纳米科学、化学、物理学、材料学等学科进一步有效利用纳米纤维素资源，将大大开拓纳米纤维素材料的应用领域。同时，硅烷化反应是制备超疏水涂料中极其重要的环节，研究硅烷化反应并得到最佳反应时间、温度以及试剂用量，能够将材料的疏水性能改善并且节约资源、降低成本。

• 1. 课题研究目的及内容

本课题的研究目的包括：

（1）探究制备超疏水涂料时硅烷化最佳反应时间

（2）探究硅烷化最佳反应温度

（3）探究硅烷化试剂最佳反应用量配比

本课题主要研究内容包括：

1. 制备纳米纤维素并重整其微纳结构
2. 进行硅烷化改性并探究硅烷化反应时间、硅烷试剂用量、硅烷化反应温度等条件
3. 用经硅烷化改性制备的硅烷化颗粒来配置超疏水涂料
4. 超疏水涂料的性能检测
5. 文献综述

2.1纳米纤维素

纤维素主要是由自然界中的植物通过光合作用合成的取之不尽、用之不绝的天然高分子。纤维素是beta;-D-吡喃型葡萄糖环通过1-4苷键以C1椅式构象连接而成的线性高分子化合物。在纳米尺寸范围操控纤维素分子及其超分子聚集体, 结构设计并组装出稳定的多重花样, 由此创制出具有优异功能的新纳米材料, 是纤维素科学的前沿领域和热点。纳米纤维素是指一维尺寸在纳米范围内的纤维材料。根据其尺寸、功能、制备方法的不同，纳米纤维素可分为：纳米微晶纤维素（nanocrystalline cellulose, NCC）或者纳米纤维素晶须（cellulose nanowhisker）和纤维素纳米纤丝（nanofibrillated cellulose, NFC）两大类。与粉体纤维素以及微晶纤维素相比, 纳米纤维素有许多优良性能, 如高纯度、高聚合度、高结晶度、高亲水性、高杨氏模量、高强度、超精细结构和高透明性等。纳米纤维素晶体( 晶须) 、纳米纤维素复合物和纳米纤维素纤维都属于纳米纤维素的范畴^[4-5]。

2.2 纳米纤维素的制备